(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレーサ粒子を混入させた流体に対し、互いに異なる偏光方向を有するとともに互いに平行な複数の薄幅シート状のシート光を照射するレーザ照射部と、
前記トレーサ粒子に前記複数のシート光が照射されることによって得られる前記互いに異なる偏光方向を有する反射光を撮像し、第１の撮像画像と、前記第１の撮像画像との間に所定の時間間隔を有する第２の撮像画像と、を生成する撮像部と、
前記撮像部の画素形成面を覆うように配設され、前記撮像部を構成する画素の単位で、前記反射光を前記偏光方向によって分離し、前記画素ごとに前記偏光方向を対応づけるように前記反射光を前記画素形成面に照射する特殊偏光フィルタと、
前記第１の撮像画像および前記第２の撮像画像を構成する画素のそれぞれに照射された反射光の偏光方向の情報から前記シート光面に垂直な方向の位置情報を求めるとともに、前記第１および第２の撮像画像から前記流体の流速を求める解析部と、
を備えたことを特徴とする流体解析装置。
【請求項２】
前記トレーサ粒子に前記複数のシート光が照射されることによって得られる前記互いに異なる偏光方向を有する反射光を前記撮像部とは異なる方向から撮像し、前記第１の撮像画像と同時に撮像される第３の撮像画像と、前記第２の撮像画像と同時に撮像される第４の撮像画像と、を生成する第２の撮像部と、
前記第２の撮像部の画素形成面を覆うように配設され、前記第２の撮像部を構成する画素のそれぞれに対して前記互いに異なる偏光方向のいずれか一つを有する反射光が照射されるよう前記反射光の透過を前記画素ごとに制限する第２の特殊偏光フィルタと、
をさらに備え、
前記レーザ照射部は、
前記流体に対して前記複数のシート光を前記薄幅が互いに重ならないように照射し、
前記解析部は、
前記第１、第２、第３および第４の撮像画像を構成する前記画素のそれぞれに照射された反射光の偏光方向の情報から各反射光がいずれの前記シート光によるものかを判別することによって、前記トレーサ粒子の前記シート光面に垂直な方向の位置情報を求めるとともに、前記第１、第２、第３および第４の撮像画像から前記複数のシート光のそれぞれのシート光内における前記流体の流速を求め、前記それぞれのシート光内における前記流体の流速から前記流体の渦度を求める、
請求項１記載の流体解析装置。
【請求項３】
前記レーザ照射部は、
前記流体に対して前記複数のシート光の前記薄幅の一部が互いに重なるよう前記複数のシート光を照射し、
前記解析部は、
前記第１の撮像画像および前記第２の撮像画像を構成する画素のそれぞれに照射された反射光の偏光方向の情報から前記シート光面に垂直な方向の位置情報を算出するとともに、前記第１および第２の撮像画像から前記流体の流速を求める、
請求項１記載の流体解析装置。
【請求項４】
前記解析部は、
前記第１の撮像画像および前記第２の撮像画像を構成する画素のうち前記トレーサ粒子が撮像された画素群のそれぞれに照射された反射光の偏光方向の情報と各偏光偏向方向の光の強度から前記トレーサ粒子が反射した反射光の偏光強度比率を取得し、この偏光強度比率の情報から前記トレーサ粒子の前記シート光面に垂直な方向の位置情報を算出する、
請求項３記載の流体解析装置。
【請求項５】
トレーサ粒子を混入させた流体に対し、互いに異なる偏光方向を有するとともに互いに平行な複数の薄幅シート状のシート光を照射するステップと、
前記トレーサ粒子に前記複数のシート光が照射されることによって得られる前記互いに異なる偏光方向を有する反射光を撮像し、第１の撮像画像と、前記第１の撮像画像との間に所定の時間間隔を有する第２の撮像画像と、を生成するステップと、
前記第１の撮像画像および前記第２の撮像画像を生成する撮像部を構成する画素のそれぞれに対して前記互いに異なる偏光方向のいずれか一つを有する反射光が照射されるよう、前記反射光の照射を前記画素ごとに制限するステップと、
前記第１の撮像画像および前記第２の撮像画像を構成する画素のそれぞれに照射された反射光の偏光方向の情報から前記シート光面に垂直な方向の位置情報を求めるステップと、
前記第１および第２の撮像画像から前記流体の流速を求めるステップと、
を有することを特徴とする流体解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン燃焼場、ターボ機械羽根車通過流、３次元噴流構造などの複雑な流れ場を解析するための流体解析装置および流体解析方法に係り、特にトレーサ粒子の撮像画像を用いて流れ場を解析する流体解析装置および流体解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の速度を計測する技術として、従来粒子画像流速測定法（ＰＩＶ：Particle Image Velocimetry）や粒子追跡流速測定法（ＰＴＶ：Particle Tracking Velocimetry）などの流れの可視化画像から瞬時の速度分布を求める技術が開発されている。たとえば、２成分ＰＩＶ（２ＣＰＩＶ：Two-Component PIV）は、カメラ１台を用いた比較的簡単な計測システムとアルゴリズムによって二次元面内の速度２成分を計測することができる流速測定法であり、現在広く普及している（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
また、近年２ＣＰＩＶを発展させたステレオＰＩＶと呼ばれる流速測定法が開発されている。ステレオＰＩＶは、２ＣＰＩＶによる計測システムに対してカメラをもう１台加えることでトレーサ粒子をステレオ視可能に構成された計測システムを用いる流速測定法であり、二次元面内（観測面内）における速度３成分を計測することができる方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−８５７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ステレオＰＩＶを用いる流体解析装置は、カメラを２台必要としてしまう。このため、ステレオＰＩＶを用いて二次元面内における速度３成分を計測するためには、煩雑な計測システムが必要となるとともに、計測システムの光学系を適切な位置に保つことが難しい。
【０００６】
また、最近、噴流内部の３次元構造など複雑な流れ場を解析するため、二次元面内における速度３成分に加え、３次元的な渦度場の計測が望まれてきている。しかし、一枚のシート光を用いた従来のステレオＰＩＶでは、３次元的な渦度場の計測を行うことができない。
【０００７】
３次元的な渦度場を計測するための方法として、ステレオＰＩＶによる計測システムに対して多層のシート光を用いる方法が考えられる。たとえば２層のシート光を用い、各シート光に対してステレオＰＩＶを用いることにより、２つの観測面内のそれぞれについて速度３成分を計測することができる。このため、多層のシート光を用いたステレオＰＩＶによれば、３次元的な渦度場を計測することが可能となる。
【０００８】
多層のシート光を用いたステレオＰＩＶを行うためには、各シート光からの散乱光を的確に分離する必要がある。各シート光からの散乱光を分離する方法としては、たとえば各シート光を直線偏光とするとともに偏光方向を異なる方向とし、散乱光を偏光方向ごとにビームスプリッタで分離する方法が考えられる。しかし、この方法を従来のステレオＰＩＶに適用すると、各シート光に対してステレオＰＩＶを行うために、シート光ごとに２台のカメラが必要となってしまう。また、各シート光からの散乱光を偏光方向ごとに分離するためのビームスプリッタが必要となってしまう。
【０００９】
したがって、従来の技術で３次元の渦度場を計測するためには、非常に煩雑な計測システムが必要となる。また、計測システムが煩雑であるため、計測システムの光学系を適切な位置に保つことが難しい。
【００１０】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、簡素な構成でＰＩＶを用いた流体解析を行うことができる流体解析装置および流体解析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る流体解析装置は、上述した課題を解決するために、トレーサ粒子を混入させた流体に対し、互いに異なる偏光方向を有するとともに互いに平行な複数の薄幅シート状のシート光を照射するレーザ照射部と、前記トレーサ粒子に前記複数のシート光が照射されることによって得られる前記互いに異なる偏光方向を有する反射光を撮像し、第１の撮像画像と、前記第１の撮像画像との間に所定の時間間隔を有する第２の撮像画像と、を生成する撮像部と、前記撮像部の画素形成面を覆うように配設され、前記撮像部を構成する画素の単位で、前記反射光を前記偏光方向によって分離し、前記画素ごとに前記偏光方向を対応づけるように前記反射光を前記画素形成面に照射する特殊偏光フィルタと、前記第１の撮像画像および前記第２の撮像画像を構成する画素のそれぞれに照射された反射光の偏光方向の情報から前記シート光面に垂直な方向の位置情報を求めるとともに、前記第１および第２の撮像画像から前記流体の流速を求める解析部と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
一方、本発明に係る流体解析方法は、上述した課題を解決するために、トレーサ粒子を混入させた流体に対し、互いに異なる偏光方向を有するとともに互いに平行な複数の薄幅シート状のシート光を照射するステップと、前記トレーサ粒子に前記複数のシート光が照射されることによって得られる前記互いに異なる偏光方向を有する反射光を撮像し、第１の撮像画像と、前記第１の撮像画像との間に所定の時間間隔を有する第２の撮像画像と、を生成するステップと、前記第１の撮像画像および前記第２の撮像画像を生成する撮像部を構成する画素のそれぞれに対して前記互いに異なる偏光方向のいずれか一つを有する反射光が照射されるよう、前記反射光の照射を前記画素ごとに制限するステップと、前記第１の撮像画像および前記第２の撮像画像を構成する画素のそれぞれに照射された反射光の偏光方向の情報から前記シート光面に垂直な方向の位置情報を求めるステップと、前記第１および第２の撮像画像から前記流体の流速を求めるステップと、を有することを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る流体解析装置および流体解析方法によれば、簡易な構成でＰＩＶを用いた流体解析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る流体解析装置の一実施形態を示す概略的な全体構成図。
【図２】レーザ照射部により生成されるシート光の一例を示す説明図。
【図３】撮像部と特殊偏光フィルタとの関係の一例を示す説明図。
【図４】特殊偏光フィルタの構成の一例を示す説明図。
【図５】本実施形態に係る流体解析装置により流体の渦度を測定する様子の一例を示す説明図。
【図６】従来の流体解析装置により流体の渦度を測定する様子の一例を示す説明図。
【図７】本実施形態に係る流体解析装置により流体の速度３成分を測定する様子の一例を示す説明図。
【図８】混合シート光を構成する第１のシート光および第２のシート光がオーバーラップする様子の一例について示す説明図。
【図９】トレーサ粒子の反射光に含まれる偏光強度比率と混合シート光の内部におけるｘ３座標との関係の一例を示す説明図。
【図１０】画像センサを構成する複数の画素からトレーサ粒子の反射光の偏光強度比率を算出する様子の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る流体解析装置および流体解析方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
（１）構成
図１は、本発明に係る流体解析装置１０の一実施形態を示す概略的な全体構成図である。
【００１７】
流体解析装置１０は、レーザ照射部１１、撮像部１２、特殊偏光フィルタ３０、および解析部１３を備える。
【００１８】
レーザ照射部１１は、レーザ光を出射するレーザ光源と、出射されたレーザ光を流体１４の流動場内に薄幅のシート状のシート光として投入させるレーザシート生成光学系とを有する。なお、以下の説明では、図１に示すように、流体１４の流れ方向に垂直かつシート光の幅方向に垂直な方向をｘ１方向、流体１４の流れの方向をｘ２方向、シート光の幅方向をｘ３方向というものとする。
【００１９】
流体１４には、トレーサ粒子１５と呼ばれる微細な粒子が混入される。トレーサ粒子１５の種類等は本発明で特に限定するものではないが、流体１４の種類等に応じて適宜選択される。たとえば、流体１４が液体の場合には、ポリスチレン等の樹脂系固形球形粒子等が用いられることが多い。また、流体１４が気体の場合には、水やオリーブ油等を噴霧化した微細な液滴、プラスチック製中空粒子、煙等が用いられる。
【００２０】
レーザ照射部１１を構成するレーザ光源は、原理的にはＣＷレーザでもパルスレーザでもよいが、トレーサ粒子１５からの反射光の強度を十分確保する観点から、高出力が得られるパルスレーザが用いられることが多い。たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等が用いられる。
【００２１】
なお、レーザ光源としてパルスレーザを用いる場合には、撮像部１２の撮像タイミングとパルスレーザとの間で同期を取る必要がある。同期を取るためには、レーザ光源または撮像部１２の一方の同期信号を他方に供給してもよいし、シンクロナイザなどの同期装置を用いてもよい。
【００２２】
図２（ａ）はレーザ照射部１１により生成されるシート光をシート光の幅方向に垂直な方向から見た様子の一例を示す説明図であり、図２（ｂ）は他の例を示す説明図である。
【００２３】
レーザ照射部１１は、複数のシート光を生成可能に構成される。レーザ照射部１１が生成する複数のシート光は、互いに異なる偏光方向を有するとともに、互いの基準面２３が平行となる。ここで、シート光の基準面２３とは、シート光の光強度ピークによりｘ１−ｘ２平面に平行に形成される仮想的な面をいうものとする。図１および図２には、レーザ照射部１１が縦偏光の第１のシート光２１と横偏光の第２のシート光２２とを生成する場合の例について示した。
【００２４】
レーザ照射部１１は、各シート光の基準面２３間の距離を制御可能に構成される。各シート光の光強度は、基準面２３を中心にシート光の幅方向に所定の分布（たとえば正規分布など）に従って広がる。ここで、シート光の幅は、撮像部１２により反射光が取得可能な光強度を有する幅をいうものとする。
【００２５】
レーザ照射部１１は、基準面２３間の距離を制御することにより、第１のシート光２１と第２のシート光２２とを隣接する２枚のシート光として生成することもできるし（図２（ａ）参照）、第１のシート光２１と第２のシート光２２の薄幅の一部が互いに重なるようオーバーラップさせたシート光（以下、混合シート光２４という）として生成することもできる（図２（ｂ）参照）。互いに偏光成分が異なるシート光をオーバーラップさせてなる混合シート光２４の内部には、異なる２成分の偏光が混じり合っている。
【００２６】
図３は、撮像部１２と特殊偏光フィルタ３０との関係の一例を示す説明図である。また、図４（ａ）は、特殊偏光フィルタ３０の構成の一例を示す説明図であり、（ｂ）は特殊偏光フィルタ３０の構成の他の例を示す説明図である。
【００２７】
撮像部１２は、撮像用レンズ３１、画像センサ３２およびカメラ本体３３を有する。画像センサ３２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどにより構成され、トレーサ粒子１５に複数のシート光が照射されることによって得られる互いに異なる偏光方向を有する反射光を取り込んで映像信号を生成して解析部１３に与える。以下の説明では、撮像部１２から取得した映像信号にもとづく画像を「撮影画像」というものとする。
【００２８】
撮像部１２が生成する映像信号には撮影画像の画素値の情報が含まれる。解析部１３は、この映像信号から撮影画像を構成する各画素の画素座標の情報および画素値の情報（少なくとも明度（または輝度、濃度）の情報）を得ることができる。
【００２９】
解析部１３は、撮像部１２から受けた情報にもとづいて流体１４の流速分布等の解析を行う。なお、解析部１３のハードウエア形態は、本発明で特に限定するものではなく、例えば汎用のコンピュータで構成される。
【００３０】
図４に示すように、特殊偏光フィルタ３０は、所定のサイズの格子ごとに異なった偏光方向の光を透過できるように構成されている。この特殊偏光フィルタ３０として、たとえばフォトニック結晶を用いて構成することができる。フォトニック結晶は、偏光子の透過軸をミクロンオーダーで自由に配列可能な結晶である。図４（ａ）および（ｂ）には、８画素×８画素ぶんの画像センサ３２の画素群に対応した特殊偏光フィルタ３０の一部を拡大して示した。
【００３１】
なお、特殊偏光フィルタ３０の各格子の偏光方向は、レーザ照射部１１により生成されるシート光の偏光方向に対応したものであればよく、図４に示した縦偏光および横偏光の２方向のみに限られない。たとえば、レーザ照射部１１により生成されるシート光が縦偏光および横偏光に加えｘ２方向に対して＋４５度およびー４５度傾いた偏光を有する４枚のシート光である場合は、特殊偏光フィルタ３０の各格子の偏光方向はこれらのシート光の４つの偏光方向に対応したものとすればよい。
【００３２】
特殊偏光フィルタ３０の格子サイズは、画像センサ３２の画素サイズに合わせた大きさを有する。このため、画像センサ３２を覆うように配設された特殊偏光フィルタ３０は、撮像部１２の画像センサ３２の各画素のそれぞれに対して、トレーサ粒子１５に複数のシート光が照射されることによって得られる互いに異なる偏光方向のいずれか一つを有する反射光が照射されるよう、反射光の透過を画素ごとに制限する。
【００３３】
したがって、撮像部１２は、一度の撮影で複数の偏光方向を有する光を的確に区別して同時に撮影することができる。図４に示すように特殊偏光フィルタ３０が縦偏光用の格子とび横偏光用の格子で構成されており、レーザ照射部１１が図２（ａ）に示すように縦偏光の第１のシート光２１と横偏光の第２のシート光２２とを隣接する２枚のシート光として生成した場合、撮像部１２の画像センサ３２は、一度の撮影で、縦偏光に対応する画素には第１のシート光２１内のトレーサ粒子１５からの反射光が照射される一方、横偏光に対応する画素には第２のシート構内のトレーサ粒子１５からの反射光が照射される。
【００３４】
以下の説明では、画像センサ３２を構成する画素のうち、特殊偏光フィルタ３０により縦偏光が透過されて第１のシート光２１からの反射光を照射される画素群を縦偏光画素群というものとし、特殊偏光フィルタ３０により横偏光が透過されて第２のシート光２２からの反射光を照射される画素群を横偏光画素群というものとする。
【００３５】
（２）第１の実施形態
図５は、第１の実施形態に係る流体解析装置１０による測定の一例として、流体１４の渦度を測定する様子を示す説明図である。図５には、レーザ照射部１１が縦偏光の第１のシート光２１および横偏光の第２のシート光２２を生成し（図２（ａ）参照）、特殊偏光フィルタ３０が画像センサ３２の画素のそれぞれに対して縦偏光および横偏光のいずれか一つを有する反射光が照射されるよう構成された（図４参照）場合の例について示した。
【００３６】
流体１４の渦度を計測するためには、２つの観測面のそれぞれについて速度３成分を計測する必要がある。各観測面のそれぞれについて速度３成分を計測する場合、従来のステレオＰＩＶを用いることができる。本実施形態に係る流体解析装置１０は、撮像部１２と同様の構成を有した第２の撮像部１２をさらに用いることにより、いわゆる２つの観測面のそれぞれについてステレオＰＩＶを用いた速度３成分の計測を行う。
【００３７】
撮像部１２は、第１の撮像画像と、第１の撮像画像との間に所定の時間間隔を有する第２の撮像画像とを取得し、解析部１３に与える。第１および第２の撮像画像には、縦偏光画素群により取得された第１のシート光２１からの反射光を撮像した画像（以下、第１および第２の縦偏光画像という）と、横偏光画素群により取得された第２のシート光２２からの反射光を撮像した画像（以下、第１および第２の横偏光画像という）とが含まれる。
【００３８】
また、第２の撮像部１２は、第１の撮像画像と同時に撮像される第３の撮像画像と、第２の撮像画像と同時に撮像される第４の撮像画像とを取得し、解析部１３に与える。第３および第４の撮像画像にもまた、縦偏光画素群により取得された第１のシート光２１からの反射光を撮像した画像（以下、第３および第４の縦偏光画像という）と、横偏光画素群により取得された第２のシート光２２からの反射光を撮像した画像（以下、第３および第４の縦偏光画像という）とが含まれる。
【００３９】
解析部１３は、第１の縦偏光画像および第３の縦偏光画像と、第２の縦偏光画像および第４の縦偏光画像と、に対してステレオＰＩＶを用いて第１のシート光２１が属するｘ３方向の位置における速度３成分を計測する。また、解析部１３は、第１の横偏光画像および第３の横偏光画像と、第２の横偏光画像および第４の横偏光画像と、に対してステレオＰＩＶを用いて第２のシート光２２が属するｘ３方向の位置における速度３成分を計測する。
【００４０】
そして、解析部１３は、第１のシート光２１が属するｘ３方向の位置における速度３成分と、第２のシート光２２が属するｘ３方向の位置における速度３成分とから、流体１４の渦度を算出する。
【００４１】
図６は、本実施形態に係る流体解析装置との比較のため、従来の流体解析装置１００により流体１４の渦度を測定する様子の一例を示す説明図である。
【００４２】
図６に示すように、従来の流体解析装置１００は、各シート光に対してステレオＰＩＶを行うために、シート光ごとに２台のカメラを必要とする。また、各シート光からの散乱光を分離するためにビームスプリッタやミラー等が必要となってしまう。このため、従来の技術で３次元の渦度場を計測するためには、非常に煩雑な計測システムが必要となる。また、計測システムが煩雑であるため、計測システムの光学系を適切な位置に保つことが難しい。
【００４３】
一方、本実施形態に係る流体解析装置１０の撮像部１２は、撮像部１２の画像センサ３２を覆うように特殊偏光フィルタ３０が配設されることにより、一度の撮影で複数のシート光からの反射光を同時に撮像可能となっている。このため、本実施形態に係る流体解析装置１０によれば、従来の技術に比べ、非常に簡素な構成によりＰＩＶを用いた流体１４の渦度計測を行うことができる。
【００４４】
（３）第２の実施形態
図７は、第２の実施形態に係る流体解析装置１０により流体１４の速度３成分を測定する様子の一例を示す説明図である。図７には、レーザ照射部１１が第１のシート光２１と第２のシート光２２の薄幅の一部が互いに重なるようオーバーラップさせた混合シート光２４を生成し（図２（ｂ）参照）、特殊偏光フィルタ３０が画像センサ３２の画素のそれぞれに対して縦偏光および横偏光のいずれか一つを有する反射光が照射されるよう構成された（図４参照）場合の例について示した。
【００４５】
図８は、混合シート光２４を構成する第１のシート光２１および第２のシート光２２がオーバーラップする様子の一例について示す説明図である。
【００４６】
レーザ照射部１１は、基準面２３間の距離を制御することにより、第１のシート光２１と第２のシート光２２の薄幅の一部が互いに重なるようオーバーラップさせて混合シート光２４を生成する。
【００４７】
なお、混合シート光２４における基準面２３間の距離をｚ、撮像部１２により反射光が取得可能な光強度を有する第１のシート光２１の基準面２３からの距離をｄ１、撮像部１２により反射光が取得可能な光強度を有する第２のシート光２２の基準面２３からの距離をｄ２とすると、解析部１３により速度３成分を計測可能なｘ３方向の幅（以下、観測深さという）は、ｄ１＋ｄ２−ｚで与えられる。このため、観測深さは、シート光の正規分布の幅と基準面２３間の距離ｚとによって制限される。なお、撮像部１２が合焦可能な距離によっても観測深さが制限される。
【００４８】
図９（ａ）は、混合シート光２４の内部におけるトレーサ粒子１５の軌跡の一例を示す説明図であり、（ｂ）はトレーサ粒子１５の反射光に含まれる偏光強度比率と混合シート光２４の内部におけるｘ３座標との関係の一例を示す説明図である。
【００４９】
図９（ｂ）に示すように、混合シート光２４の内部では、ｘ３方向の位置に応じて縦偏光および横偏光の偏光強度比率Ｐ（ｔ）（たとえば縦偏光強度を横偏光強度で除した比率）が変化する。このため、図９（ａ）に示すように時刻ｔ＝ｔ０においてｘ３座標がｘ３（ｔ＝ｔ０）の位置にいたトレーサ粒子１５が時刻ｔ＝ｔ１においてｘ３（ｔ＝ｔ１）へ移動した場合、各時刻におけるトレーサ粒子１５の撮像画像から偏光強度比率Ｐ（ｔ＝ｔ０）およびＰ（ｔ＝ｔ１）が取得できれば、この偏光強度比率から各時刻におけるｘ３座標を容易に取得することができる。
【００５０】
図１０は、画像センサ３２を構成する複数の画素からトレーサ粒子１５の反射光の偏光強度比率を算出する様子の一例を示す説明図である。
【００５１】
トレーサ粒子１５の反射光の偏光強度比率を算出するため、解析部１３は、画像センサ３２を構成する画素のうち縦偏光画素と横偏光画素の２画素を１つのペアＧｉ（但しｉは任意の自然数を表す）として扱う。この場合、解析部１３は、画素のペアごとに偏光強度比率を算出することができる。たとえば、画像センサ３２上に図１０に示すようにトレース粒子が結像した場合、このトレーサ粒子１５についての偏光強度比率はＧ１〜Ｇ６までの偏光強度比率の平均として得ることができる。
【００５２】
このため、解析部１３は、一台の撮像部１２の一枚の撮像画像から、混合シート光２４内の位置（ｘ１、ｘ２、ｘ３）を容易に取得することができる。したがって、解析部１３は、一台の撮像部１２による第１の撮像画像と、第１の撮像画像との間に所定の時間間隔を有する第２の撮像画像とから、容易に速度３成分を計測することができる。
【００５３】
よって、本実施形態に係る流体解析装置１０によれば、混合シート光２４および特殊偏光フィルタ３０を用いることにより、一台の撮像部１２で容易に速度３成分を計測することができる。
【００５４】
なお、上記説明では混合シート光２４からの反射光の偏光強度比率を求めるにあたり画素のペアを用いる場合の例について説明したが、反射光を偏光ビームスプリッタで縦偏光成分と横偏光成分に分け、特殊偏光フィルタ３０を用いない２台のカメラのそれぞれに各偏光成分を有する撮像画像を取得させてもよい。
【００５５】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０  流体解析装置
１１  レーザ照射部
１２  撮像部
１３  解析部
１４  流体
１５  トレーサ粒子
２１  第１のシート光（縦偏光）
２２  第２のシート光（横偏光）
２３  基準面
２４  混合シート光
３０  特殊偏光フィルタ
３１  撮像用レンズ
３２  画像センサ
３３  カメラ本体
【図１】
0005469483.tif 000002
【図２】
0005469483.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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